Znajdź zawartość

Zapotrzebowanie na energię elektryczną rośnie z roku na rok. Dlatego też pojawia się coraz więcej rozwiązań tego problemu, a jednym z nich jest produkcja energii ze związków chemicznych z minimalnym wpływem na środowisko naturalne. Przykładem może być nadtlenek wodoru (H2O2). Choć produkowany jest od XIX wieku, nadal przykuwa uwagę świata nauki. Ostatnio, zespół naukowców  Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk kierowany przez prof. Marcina Opałło zaprezentował wyniki badań reakcji generowania nadtlenku wodoru na granicy faz niemieszających się rozpuszczalników, takich jak  woda i olej. Zgłębili oni wpływ różnych parametrów na wydajność reakcji redukcji tlenu do nadtlenku wodoru. Rosnące w zawrotnym tempie zapotrzebowanie na energię, ograniczone zasoby paliw kopalnych i zanieczyszczenia spowodowane przez przemysł energetyczny stawiają naukowcom wyzwania takie jak poszukiwanie nowych, opłacalnych i ekologicznych rozwiązań do produkcji energii. Spośród różnych metod produkcji energii, wykorzystanie elektrochemicznych metod wytwarzania związków chemicznych na pierwszy rzut oka nie wydaje się mieć ogromnego potencjału do zastosowania w sektorze energetycznym. Jednym z obiecujących związków jest cząsteczka nadtlenku wodoru (H2O2) o silnych właściwościach utleniających i wybielających. Dostępna niemal wszędzie w stosunkowo niskich stężeniach np. 3-6% H2O2 była wykorzystywana jest głównie do zastosowań antyseptycznych takich jak dezynfekcja skóry, aby zapobiec infekcji podczas drobnych skaleczeń. Natomiast nadal jest szeroko stosowana w przemyśle celulozowym, papierniczym i tekstylnym jako środek utleniający oraz jako bezzapachowy substytut chloru w oczyszczaniu ścieków i wody pitnej. Pomimo, że obecnie nie zaleca się używania H2O2 do przemywania skaleczeń, związek cieszy się ogromną popularnością i jest stosowany nawet jako jedno z paliw napędzających rakiety, satelity i torpedy. Może być również wykorzystany jako paliwo lub utleniacz do ogniw paliwowych, chociaż jego masowa produkcja jest daleka od zrównoważonej i ekologicznej. Wymaga ona wielu chemikaliów szkodliwych dla zdrowia i środowiska naturalnego. Dlatego też poszukuje się nowych metod wytwarzania H2O2 . Ostatnio, naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk pod kierunkiem prof. Marcina Opałło we współpracy z prof. Hubertem H. Girault z Politechniki w Lozannie Ecole Polytechnique Federale de Lausanne przedstawili szczegółowe badania nad wytwarzaniem nadtlenku wodoru poprzez redukcję ditlenu na granicy dwóch niemieszających się cieczy, takich jak woda i olej. Pierwsza z nich to wodny roztwór kwasu, a druga to niemieszająca się z wodą ciecz składająca się wyłącznie z jonów, tzw. ciecz jonowa. Badacze porównali swoje dane z tymi uzyskanymi na granicy faz z rozpuszczalnikami molekularnymi o znacznie mniejszej lepkości, a uzyskane wyniki stanowią znaczącą część pracy doktorskiej pierwszej autorki publikacji, obecnie dr Justyny Kalisz. Naukowcy wskazali, ze badanie  wpływu rozpuszczalnika, na wydajność reakcji może pomóc w lepszym poznaniu mechanizmu wytwarzania H2O2. Porównując dane dla granic faz ciecz-ciecz wytworzonych z udziałem trzynastu cieczy jonowych i trzech rozpuszczalników molekularnych o lepkości różniącej się o trzy rzędy wielkości doszli do wniosku, że to nie transport reagentów, ale kinetyka redukcji ditlenu limituje szybkość reakcji. Odkryli również, że kierunek międzyfazowego ruchu jonów towarzyszącego przeniesieniu elektronów z donora rozpuszczonego w fazie olejowej jest inny w przypadku cieczy jonowych i rozpuszczalników molekularnych. W tej pracy wykazaliśmy, że rodzaj cieczy jonowej wpływa na szybkość redukcji O2 do H2O2 na granicy faz olej-woda. Wytwarzanie H2O2 jest bardziej wydajne, gdy ciecz jonowa zawiera mniej hydrofobowe kationy – twierdzi prof. Opałło. Pokazaliśmy również, że zastosowanie pasty przygotowanej z proszku węglowego i cieczy jonowej jako fazy olejowej pozwala na elektrochemiczną regenerację donora elektronów co zwiększa wydajność reakcji międzyfazowej. Generowanie nadtlenku wodoru badano za pomocą skaningowej mikroskopii elektrochemicznej (SECM). Technika ta pozwala na określenie lokalnego stężenia produktu elektroaktywnego reakcji zachodzącej na granicy faz, w tym przypadku H2O2. W tej metodzie rejestrowany jest prąd elektroutleniania H2O2 na elektrodzie o średnicy dziesiątek mikronów poruszającej się prostopadle do granicy faz. Wydajność reakcji szacowano na podstawie zależności prądu od odległości od granicy faz ciecz-ciecz. Prof. Opałło zauważa: „Na podstawie danych SECM stwierdziliśmy, że proces jest kontrolowany przez kinetykę reakcji redukcji tlenu. Co ważne, duża lepkość cieczy jonowych pozwala na zastosowanie pasty przygotowanej z proszku węglowego i cieczy jonowej jako fazy olejowej do elektrochemicznej regeneracji donora elektronów w celu zwiększenia wydajności reakcji międzyfazowej. Pod tym względem badany układ można uznać za przykład homogennej katalizy redoks.” Badanie opisane w czasopiśmie ChemPhysChem ujawnia złożoność reakcji na granicy faz ciecz-ciecz. W przeciwieństwie do granicy faz elektroda-roztwór badany układ jest samoregenerujący i trudno go zanieczyścić. Choć do zastosowania granicy faz ciecz-ciecz do wytwarzania chemikaliów jest wciąż w daleka od komercyjnego zastosowania, to może mieć świetlaną przyszłość. Oprócz nadtlenku wodoru, innym przykładem reakcji możliwych do przeprowadzenia w podobny sposób jest wytwarzanie wodoru, głównie stymulowane światłem, ale to już inna historia. « powrót do artykułu

Już wkrótce niewygodne kombinezony ochronne czy odkażanie po opuszczeniu obfitującego w bakterie czy niebezpieczne związki chemiczne rejonu mogą zastąpić ubrania z samoczyszczącej się bawełny. By tak się stało, wystarczy je wystawić na oddziaływanie światła. Nowa tkanina może znaleźć zastosowanie w odzieży ochronnej dla pracowników służby zdrowia, przetwórstwa spożywczego czy rolników, a także personelu wojskowego – wyjaśnia Ning Liu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis. Liu zaimpregnowała bawełnianą tkaninę kwasem 2-antrachinonokarboksylowym (ang. 2-anthraquinone carboxylic acid, 2-AQC). Tworzy on mocne wiązania z wchodzącą w skład bawełny celulozą, dlatego w odróżnieniu od obecnie stosowanych samoczyszczących czynników, trudno go zmyć lub sprać. Co ważne, nie dochodzi do zmiany właściwości tkaniny (wcześniej się to nie udawało). Po ekspozycji 2-AQC na światło powstają reaktywne formy tlenu, np. rodnik wodorotlenowy (in. hydroksylowy, •OH) czy nadtlenek wodoru (H2O2), które zabijają bakterie i rozkładają związki organiczne, takie jak pestycydy. Naukowcy podkreślają, że choć 2-AQC jest stosunkowo drogi, istnieją tańsze zastępniki.

Po raz pierwszy w historii w przestrzeni międzygwiezdnej odkryto ślady nadtlenku wodoru - molekuły ściśle związanej z wodą i tlenem, niezbędnymi składnikami znanych nam form życia. Na Ziemi nadtlenek wodoru odkrywa kluczową rolę w chemii wody i atmosfery. Odkrycia dokonał międzynarodowy zespół astronomów pracujący na należącym do Europejskiej Agencji Kosmicznej teleskopie Atacama Pathfinder Experiment (APEX). Ślady H2O2 znaleziono w oddalonej o 400 lat świetlnych od Ziemi Mgławicy Ro Ophiuchi. Z laboratoryjnych eksperymentów wiedzieliśmy, jakiej długości fali powinniśmy szukać, ale molekuły nadtlenku wodoru występują w stosunku 1:10 000 000 000 do innych molekuł, musieliśmy więc prowadzić bardzo szczegółowe badania - mówi Per Bergman ze szwedzkiego obserwatorium Onsala. Istnienie nadtlenku wodoru jest ściśle powiązane z istnieniem molekuł wody i tlenu. Jako że większość wody na Ziemi pochodzi z kosmosu odkrycie H2O2 w przestrzeni międzygwiednej pozwoli nam lepiej zrozumieć, skąd się ona wzięła na naszej planecie. Ciągle nie rozumiemy, jak formowały się w przestrzeni kosmicznej jedne z najważniejszych molekuł istniejących na Ziemi. Ale nasze odkrycie nadtlenku wodoru pokazuje, że zaginionym elementem układanki jest kosmiczny pył - stwierdziła Bérengère Parise z Instytutu Radioastronomii Maksa Plancka.

Nadtlenek wodoru, czyli popularna woda utleniona (H2O2), jest związkiem o ogromnym znaczeniu dla układu immunologicznego. Od wielu lat wiadomo, że komórki odpornościowe wytwarzają go w celu zniszczenia ciał obcych, lecz najnowsze badania wskazują na jeszcze jedną, bardzo istotną rolę tej substancji. Jak wykazali naukowcy z Uniwersytetu Harvarda, wzrost stężenia nadtlenku wodoru w tkance pozwala komórkom odpornościowym na zidentyfikowanie miejsca uszkodzenia tkanki. Odkrycia dokonano podczas badań nad metodą wykrywania tzw. reaktywnych form tlenu, czyli aktywnych chemicznie związków o charakterze silnych utleniaczy, do których zalicza się m.in. wodę utlenioną. Naukowcy, kierowani przez dr. Philippa Niethammera, nacinali płetwę ogonową ryb Danio rerio, po czym obserwowali zmianę koncentracji reaktywnych form tlenu w tkance z wykorzystaniem nowej techniki. Metoda opracowana przez naukowców z Uniwersytetu Harvarda polegała na wzbogaceniu genomu D. rerio o gen kodujący białko zmieniające swoją barwę pod wpływem reaktywnych form tlenu. Ku zaskoczeniu badaczy okazało się, że stężenie tych ostatnich w zranionej tkance rosło zaraz po powstaniu uszkodzenia, nie zaś po rozwinięciu się stanu zapalnego i zgromadzeniu się komórek odpornościowych, jak oczekiwano. Niespodziewany przebieg eksperymentu skłonił akademików do wykonania serii testów na rybach, u których zablokowano aktywność genu odpowiedzialnego za syntezę nadtlenku wodoru. Jak się okazało, zmodyfikowane zwierzęta nie były w stanie reagować na uszkodzenie tkanki, ponieważ ich komórki odpornościowe traciły swoją zdolność do wykrywania miejsca zranienia i migracji w jego kierunku. Oczywiście, jest jeszcze zbyt wcześnie, by zakładać istnienie analogicznego zjawiska w organizmie człowieka. Jeżeli jednak nadtlenek wodoru odgrywa równie istotną rolę także w naszej fizjologii, może to oznaczać przełom w badaniach nad licznymi chorobami związanymi z patologicznym funkcjonowaniem układu odpornościowego.

Miód był używany do leczenia ran i otarć co najmniej od czasów starożytnego Egiptu. O jego właściwościach zapomniano nieco po wynalezieniu współczesnych antybiotyków. Obecnie znowu wraca do łask, ponieważ coraz większym problemem staje się lekooporność (np. u gronkowca złocistego). Przez kilka lat naukowcy z Uniwersytetu w Bonn eksperymentowali z tzw. miodem medycznym ("medimiodem", ang. medihoney), czyli mieszanką dwóch miodów słynących z właściwości leczniczych. Teraz chcą oni ocenić ponad 100 różnych metod leczenia miodem. Zamierzają także porównać efektywność miodu i innych sposobów leczenia ran, np. za pomocą opatrunków z koloidalnego srebra. Warto dodać, że ok. 24 niemieckich szpitali wykorzystuje złocisty płyn w terapii ran. Pszczeli produkt jest dobry zwłaszcza dla dzieci, które często boją zmian opatrunków. Kai Sofka, specjalistka zajmująca się leczeniem ran w Klinice Dziecięcej Uniwersytetu w Bonn, twierdzi, że widziała zdumiewające efekty leczenia miodem medycznym. Martwa tkanka jest szybciej usuwana, a rany prędzej się leczą. Co więcej, zmiana opatrunku jest łatwiejsza, odkąd kompres łatwiej się odrywa, nie uszkadzając świeżo odtworzonych warstw skóry. Nawet niegojące się przez lata rany mogą, jak wynika z naszych doświadczeń, zostać "opanowane", a dzieje się to często w ciągu kilku tygodni. Naukowcy uważają, że wiedzą, skąd się biorą właściwości lecznicze miodu. Produkując go, pszczoły dodają enzymu nazywanego oksydazą glukozową. Rozkładając cukier, powoduje on, że w miodzie są stale obecne niewielkie ilości nadtlenku wodoru, czyli wody utlenionej. Nadtlenek wodoru traci z czasem swoje właściwości. Trzeba jednak uważać ze stosowaniem tego związku, ponieważ zbyt duże jego ilości niszczą nie tylko baterie, ale również skórę. W miodzie jest go tyle, że stosowanie "słodkich" okładów jest całkowicie bezpieczne i bardzo skuteczne. Jeden z miodów wchodzących w skład medimiodu zawiera lekko zwiększoną dawkę nadtlenku wodoru. Drugim składnikiem jest miód manuka, któremu przypisuje się silne właściwości antybakteryjne.